中国科学院理化技术研究所江雷

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江雷院士团队Angew. Chem. Int. Ed.：智能DNA水凝胶高离子电流纳米通道及其可调节选择性的离子传输

离子分布调控在生物转变中是十分必要的，例如维持细胞的离子平衡，信号转导以及能量采集。纳米通道门控机制可以通过各种触发物质来实现离子分布的调控，如PH、电压、温度以及光等的刺激都能实现控制离子或分子在人工离子通道中的传输及分布。近年来DNA纳米技术发展迅速，特别是核酸在外界刺激下的可逆转变响应及其丰富的刺激源，使DNA纳米技术十分适用于离子通道门控机制的实现。然而，目前的DNA门控纳米通道由于在单层离子通道结构中的DNA矩阵数量较少以及离子通道的维度小受到传输选择性（整流比）和效率（离子电流）的限制。此外，在现有的DNA纳米通道中，阴阳离子传输的方向并不能得到控制。因此，为了提高DNA纳米通道中离子传输能力，可重构的DNA结构设计是必要的。

近日，中科院理化所&化学所江雷院士及Tian Ye，I. Willner首次开发了基于智能DNA水凝胶刺激响应的离子通道。不同于其他单层纳米通道中的响应分子，DNA水凝胶具有空间负电荷的三维网络结构，在这种三维结构中离子电流和整流比都得到了显著地提高。在K+和冠醚的循环处理下，DNA水凝胶的状态可以实现柔性和坚硬之间可逆转变，为纳米通道提供了门控机制。基于DNA水凝胶的结构和PH刺激，对阳离子或者阴离子传输方向可以得到精确地控制，并且多门控效果得以实现。与此同时，水凝胶中的G-4 DNA(G-quadruplex 四联体，是一种由富含鸟嘌呤的核酸序列所构成的四股型态)可以替换为其他刺激响应的DNA分子，蛋白，多肽等。这个工作通过智能水凝胶为提高多功能纳米通道提供了新的思路方法。该成果以题为“Smart DNA Hydrogels Integrated Nanochannels with High Ion Flux and Adjustable Selective Ionic Transport”发表在Angewandte Chemie-International Edition上。